¿Cómo determinar el torque de apriete de una brida?

CONTENIDOS DEL ARTÍCULO

TEORÍA DEL TORQUE
MONTAJE
CÁLCULO DEL TORQUE
TABLAS

TEORÍA DEL TORQUE DE APRIETE

En este artículo os enseñaremos a determinar el torque mínimo aplicable a los tornillos que unen las juntas planas y las bridas.

Referencias:

Metodología del torque de apriete

Las juntas con orificios requieren de una precarga inicial en sistemas de alta presión. Debemos tener en cuenta que la presion interna, el momento de concentración térmica y el momento de carga muerta son las cargas que por lo general causan más pérdidas en la junta.

Para aplicar el torque utilizaremos llaves de impacto, torquímetros o llaves de torque. El torque que debemos aplicar se rige por las siguientes variables:

Clase de la tuerca y el tornillo
Rebaba de las tuercas
Lubricación
Polvo, virutas y suciedad en tornillos y tuercas
Muescas
Estado de la superficie de la brida sobre la que se tiene que girar

Una lubricación adecuada puede llegar a aumentar la eficiencia respecto de un conjunto sin lubricar de aproximadamente el 50%. En aplicaciones normales bastará con grafito pesado o una mezcla de aceite.

Coeficientes de fricción de tuercas y tornillos:

Materiales	Lubricante	Fricción µ ± 20%
Acero	Grafito, petróleo o aceite	0.07
Acero	Grasa de bisulfuro de molibdeno	0.11
Acero	Aceite para máquinas	0.15
Acero chapado en cadmio	No requiere	0.12
Acero chapado en zinc	No requiere	0.17
Acero y bronce	No requiere	0.15
Aleación resistente a la corrosión o basada en níquel o plata	No requiere	0.14
Titanio y acero	Grafito en petróleo	0.08
Titanio	Grasa de bisulfuro de molibdeno	0.10

Relevancia de la precarga

La precarga en los orificios de los extremos bridados debe ser lo suficientemente alta como para mantener el conjunto en contacto y bajo presión. La disminución de la presión podria resultar en la fuga del líquido presurizado, perdidas de cierre bajo condiciones de carga cíclica y la reducción de la vida útil del sellado. En la siguiente imagen podemos observar la relación entre vida útil del sellado y la precarga.

Una unión bridada axialmente cargada en la cual no se aplico una precarga sobre los bulones se representa en la línea OAB, en la cual el esfuerzo en el bulón es igual al ejercido sobre la unión. Cuando el esfuerzo sobre la unión varia entre Pa y Pb, la variación de carga sobre el bulón lo representa el tramo sobre las ordenadas Pba y PBb. Sin embargo, con la aplicación de una precarga la variación de carga sobre los bulones será mas leve que la de la unión (como lo indica la línea PB1A, de menor pendiente que OAB) debido a que parte de la carga es absorbida como una reducción de compresión de la junta. De este modo, la carga axial aplicada a los bulones varia entre PBa’ y PBb’ cuando la modificación de esfuerzos sobre la unión esta entre Pa y Pb. Estas condiciones resultan en una considerable reducción de la variación de la carga cíclica de los bulones la cual reditúa en una extensión de la vida útil de la junta.

MONTAJE

Para un sellado efectivo, todos los componentes de la conexión brida deben montarse optimamente, la causa más común de una fuga es un montaje indebido. Antes de empezar a montar, debemos prestar atención a las tolerancias de angularidad y centrado conerniente al par de bridas que conforman el conjunto. El uso de la fuerza en exceso conllevará un deterioro de la junta con la proclividad a la generación de pérdidas.

Secuencia de montaje

Colocar la junta sobre la superficie de la brida a sellar.
Posicionar la otra brida en contacto con la junta.
Limpiar los espárragos y lubricarlos adecuadamente, con una mezcla de aceite y grafito por ejemplo.
Colocar dichos espárragos en los agujeros.
Acercar las tuercas a mano.
Seguir la secuencia de ajuste de acuerdo a las figuras.
No superar el 30% de los valores de torque recomendados para los espárragos, pues se puede originar un mal asentamiento de la junta.
Una vez alcanzado el torque recomendado según tabla, hacer una pasada en secuencia horaria para verificación.
Debido a la relajación de tensiones y por Creep, es fundamental pre-ajustar los espárragos para asegurar el correcto valor de torque durante la operación del sistema.

CÁLCULO DEL TORQUE DE APRIETE EN JUNTAS PLANAS

Para la determinación del torque necesario a aplicar, en primer lugar determinaremos la presión superficial requerida que se debe aplicar a la junta para lograr un sello adecuado, la cual será:

Donde:
Ecal: Presión Superficial Calculada en Bar.
Emin: Presión Superficial Mínima en Bar.
R: Presión Radial en donde R = m . Pd.
y: Presión de Ajuste en Bar.
H: Fuerza que tiende a separar las bridas H = Ai . Pd.
A: Área de contacto de la Junta.
Pd: Presión de Diseño en Bar.
Ai: Área interna del conducto.

El torque estará dado por la siguiente expresión:

Donde:

Ejun : Presión Superficial de la junta en Bar.-
A: Área de contacto de la Junta.
d: Diámetro efectivo del Espárrago.
N : Numero de Espárragos.

El Torque a aplicar a los espárragos de las bridas equipadas con juntas planas deberá ser el que de mayor valor resulte, de comparar el mínimo con el de cálculo.

DETERMINACIÓN DEL TORQUE DE APRIETE PARA TORNILLOS

En primer lugar calcularemos los torques a aplicar a los pernos de las bridas, que permitan obtener una presión superficial a ejercer sobre la junta, de forma tal, que se asegure un correcto sellado de la unión, en base a las presiones de diseño correspondientes a las clases de cañerías, siendo sus valores los siguientes:

TORQUE MÍNIMO Y CALCULADO PARA BRIDAS ANSI S-150#

DN	Db	Dr	N	di	de	e	Pa	m	Pd	Ai	Ecal.	Tcal	Tmin
pulg.	mm.	mm.	c/u.	mm.	mm.	mm.	Bar	-	Bar	cm2	Bar	Nm.	Nm.
1/2	12.7	10.17	4	22.0	34.9	1.60	400	4.00	19.50	3.80	490.86	14	12
3/4	12.7	10.17	4	27.8	42.9	1.60	400	4.40	19.50	6.07	492.12	21	17
1	12.7	10.17	4	34.5	50.8	1.60	400	4.40	19.50	9.35	494.69	27	22
1 1/2	12.7	10.17	4	49.6	73.0	1.60	400	4.40	19.50	19.32	494.72	57	46
2	15.9	12.88	4	61.9	92.1	1.60	400	4.40	19.50	30.09	494.07	116	94
2 1/2	15.9	12.88	4	74.6	104.8	1.60	400	4.40	19.50	43.71	498.03	136	110
3	15.9	12.88	4	90.7	127.0	1.60	400	4.40	19.50	64.61	498.30	199	160
4	15.9	12.88	8	116.1	157.2	1.60	400	4.40	19.50	105.87	501.40	142	114
6	19.1	15.75	8	170.7	215.9	1.60	400	4.40	19.50	228.85	510.52	276	216
8	19.1	15.75	8	221.5	269.9	1.60	400	4.40	19.50	385.33	518.23	381	294
10	22.2	18.55	12	270.3	323.8	1.60	400	4.40	19.50	573.83	522.82	404	309
12	22.2	18.55	12	327.0	381.0	1.60	400	4.40	19.50	839.82	532.54	494	371
14	25.4	21.27	12	350.3	412.7	1.60	400	4.40	19.50	963.77	528.26	700	530

TORQUE MÍNIMO Y CALCULADO PARA BRIDAS ANSI S-300#

DN	Db	Dr	N	di	de	e	Pa	m	Pd	Ai	Ecal.	Tcal	Tmin
pulg.	mm.	mm.	c/u.	mm.	mm.	mm.	Bar	-	Bar	cm2	Bar	Nm.	Nm.
1/2	12.7	10.17	4	22.0	34.9	1.60	400	4.00	49.90	3.80	632.50	19	12
3/4	15.9	12.88	4	27.0	42.9	1.60	400	4.40	49.90	5.73	632.33	36	22
1	15.9	12.88	4	34.5	51.0	1.60	400	4.40	49.90	9.35	641.70	46	29
1 1/2	19.1	15.75	4	49.6	73.0	1.60	400	4.40	49.90	19.32	642.39	114	71
2	15.9	12.88	8	61.9	92.1	1.60	400	4.40	49.90	30.09	640.71	75	47
2 1/2	19.1	15.75	8	74.6	104.8	1.60	400	4.40	49.90	43.71	650.86	109	67
3	19.1	15.75	8	90.7	127.0	1.60	400	4.40	49.90	64.61	651.55	159	98
4	19.1	15.75	8	116.1	157.2	1.60	400	4.40	49.90	105.87	659.48	229	139
6	19.1	15.75	12	170.7	215.9	1.60	400	4.40	49.90	228.85	682.81	246	144
8	22.2	18.55	12	221.5	269.9	1.60	400	4.40	49.90	385.33	702.54	406	231
10	25.4	21.27	16	270.3	323.8	1.60	400	4.40	49.90	573.83	714.30	474	266
12	28.6	24.45	16	327.0	381.0	1.60	400	4.40	49.90	839.82	739.16	678	367
14	28.6	24.45	20	350.3	412.7	1.60	400	4.40	49.90	963.77	728.21	666	366
16	31.8	27.62	20	410.3	469.9	1.60	400	4.40	49.90	1322.19	759.73	865	455
18	31.8	27.62	24	461.8	533.4	1.60	400	4.40	49.90	1674.94	748.94	965	515

TORQUE MÍNIMO Y CALCULADO PARA BRIDAS ANSI S-600#

DN	Db	Dr	N	di	de	e	Pa	m	Pd	Ai	Ecal.	Tcal	Tmin
pulg.	mm.	mm.	c/u.	mm.	mm.	mm.	Bar	-	Bar	cm2	Bar	Nm.	Nm.
1/2	12.7	10.17	4	22.0	34.9	1.60	400	4.00	96.50	3.80	849.63	25	12
3/4	15.9	12.88	4	27.0	42.9	1.60	400	4.40	96.50	5.73	849.30	48	22
1	15.9	12.88	4	34.5	50.8	1.60	400	4.40	96.50	9.35	868.61	61	28
1 1/2	19.1	15.75	4	49.6	73.0	1.60	400	4.40	96.50	19.32	868.75	154	71
2	15.9	12.88	8	61.8	92.1	1.60	400	4.40	96.50	30.00	865.04	102	47
2 1/2	19.1	15.75	8	74.6	104.8	1.60	400	4.40	96.50	43.71	885.12	148	67
3	19.1	15.75	8	90.7	127.0	1.60	400	4.40	96.50	64.61	886.46	217	98
4	22.2	18.55	8	116.1	157.2	1.60	400	4.40	96.50	105.87	901.80	369	164
6	25.4	21.27	12	143.7	215.9	1.60	400	4.40	96.50	162.18	862.75	624	289
8	28.6	24.45	12	170.7	269.9	1.60	400	4.40	96.50	228.85	850.33	1190	560
10	31.8	27.62	16	221.5	323.8	1.60	400	4.40	96.50	385.33	870.87	1318	605
12	31.8	27.62	16	276.0	381.0	1.60	400	4.40	96.50	599.15	892.88	1334	598
14	34.9	30.80	20	327.0	412.7	1.60	400	4.40	96.50	839.82	948.77	1455	613
16	38.1	33.97	20	410.4	469.9	1.60	400	4.40	96.50	1322.83	1096.31	1532	559
18	41.3	37.15	20	461.8	533.4	1.60	400	4.40	96.50	1674.94	1074.81	2235	832
20	41.3	37.15	24	513.2	584.2	1.60	400	4.40	96.50	2068.54	1112.20	2107	758
24	47.6	43.49	24	615.9	692.1	1.60	400	4.40	96.50	2979.28	1153.27	3272	1135
30	50.8	46.67	28	730.3	857.0	1.60	400	4.40	96.50	4188.38	1041.81	5488	2107